Измерение плотности горных пород является одним из ключевых параметров при интерпретации геофизических данных. В лабораторных условиях используется несколько методов определения плотности: пикнометрический, объемно-массовый и метод с применением жидкостей, несмешивающихся с образцом.
Пикнометрический метод основан на измерении объёма вытесненной жидкости, чаще всего воды или керосина. Образец предварительно сушится до постоянной массы, после чего взвешивается, и по разности массы и объёма определяется плотность.
Метод взвешивания в воздухе и в жидкости (по Архимеду) особенно широко используется для определения истинной плотности и пористости. Для измерения объемной плотности применяется парафинование или обёртывание образца в тонкую оболочку, чтобы исключить проникновение жидкости в поры.
Пористость — параметр, характеризующий долю пор в общем объёме породы. В лабораторных условиях определяют:
Методы измерения пористости включают:
Проницаемость измеряется при пропускании газа или жидкости под давлением через образец. Используются установки с контролем расхода и давления. Полученные данные позволяют вычислить коэффициент проницаемости по закону Дарси.
Изучение удельного электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости важно для интерпретации данных электрических и электромагнитных методов.
Измерение сопротивления осуществляется на цилиндрических образцах с помощью четырёхконтактной схемы: ток подаётся на крайние электроды, а падение напряжения измеряется на внутренних. Важно обеспечить хороший контакт между электродами и поверхностью образца, что достигается применением электропроводящих паст или металлических шайб.
Диэлектрическая проницаемость определяется с помощью методов радиочастотной спектроскопии или резонансных камер. Эти параметры особенно важны при моделировании микроволнового зондирования и ГПР-методов.
К лабораторным методам изучения магнитных свойств относятся измерения:
Для измерений используются магнитометры: индукционные, в том числе с вращающимся образцом, и СКВИД-магнитометры (сверхпроводниковые квантовые интерферометры) для высокой чувствительности. Эти измерения позволяют проводить палеомагнитные и литомагнитные исследования, а также интерпретировать магнитные аномалии.
Лабораторное определение теплопроводности, теплоёмкости и теплового расширения имеет значение при термическом моделировании недр.
Теплопроводность измеряется методом установившегося или неустановившегося теплового потока. Один из распространённых методов — это осевая теплопроводность при нагревании образца с одного конца и регистрации температурного градиента вдоль образца.
Теплоёмкость определяется с помощью калориметрических методов, в том числе с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC).
Коэффициент термического расширения измеряется с использованием дилатометров, фиксирующих изменение длины образца при нагревании.
Морская геофизическая аппаратура представляет собой совокупность специализированных устройств, размещаемых на судне, буксируемых за ним или опускаемых на морское дно. Современные комплексы включают:
Каждая система требует точной синхронизации по времени и пространственному положению, что обеспечивается средствами навигации и датчиками ориентации (гироскопы, акселерометры, инклинометры).
Морская сейсморазведка основывается на регистрации отражённых упругих волн. В качестве источников используются:
Приём осуществляется гидрофонами, установленных на буксируемых косах или на донных станциях (OBS — Ocean Bottom Seismometers).
Данные сейсморазведки позволяют строить структурные и скоростные модели морского дна и подводных толщ.
Гравиметрические измерения в море выполняются с использованием морских гравиметров, установленных на карданных подвесах с системой стабилизации. Компенсация качки обеспечивается либо физически, либо программно.
Для абсолютной привязки результатов используются данные о волне, скорости и ускорении судна, а также спутниковая альтиметрия. Современные гравиметры позволяют достичь точности до ±1–2 мГал, что достаточно для изучения крупных геологических структур.
Для измерения магнитного поля используются протонные магнитометры и флюксгейтовые магнитометры, буксируемые за судном на расстоянии 100–300 м, чтобы избежать влияния судового магнетизма. Регистрация аномального магнитного поля позволяет выделять магматические образования, рифтовые структуры и оценивать палеомагнитные параметры.
Особое внимание уделяется гидродинамической устойчивости буксируемого зонда и точной привязке к навигационной системе, чтобы обеспечить корректную интерпретацию данных.
Современные методы морской электротомографии и магнитотеллурических измерений используют донные станции, оснащённые электродами и магнитными датчиками. Станции регистрируют вариации естественного поля Земли, позволяя получить данные о распределении электропроводности в подводной литосфере.
Для активных методов применяется контролируемый источник (например, горизонтальный диполь с переменным током), буксируемый на определённой глубине. Приёмные станции регистрируют индуцированное поле, по которому строится 2D или 3D модель проводимости.
Системы бокового обзора (Side-Scan Sonar) позволяют получать изображение морского дна в высоком разрешении. Используются в археологических исследованиях, картографии и для обнаружения подводных объектов.
Многолучевые эхолоты обеспечивают построение батиметрической карты дна с высокой точностью. Они применяются для трассировки геологических структур, разломов, поднятий и впадин.
Сейсмоакустические профилографы дают представление о строении осадочного чехла и верхней части коры. Комбинация гидроакустических и сейсмоакустических методов обеспечивает комплексное понимание геологического строения морского дна.
Системы морской геофизической аппаратуры постоянно совершенствуются, становятся более автоматизированными, энергоэффективными и адаптированными для длительных автономных работ. Это открывает возможности для более точного картирования, ресурсной оценки и фундаментальных исследований литосферы под морями и океанами.